JP7410790B2 - オープン型磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、オープン型磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置）は、均一な静磁場中に置かれた被検体に高周波パルスを照射し、核磁気共鳴現象によって被検体の物理的、化学的性質を示す断面画像を得る装置である。主に医療用として用いられている。
ＭＲＩ装置は、主に１）静磁場磁石、２）傾斜磁場コイル、３）ＲＦコイル、４）受信コイル、５）コンピュータシステムから構成される。
静磁場磁石は、被検体が挿入される撮像空間に均一な静磁場を生成する。
傾斜磁場コイルは、撮像データに位置情報を付与するため、空間的に強度が勾配した磁場をパルス状に発生させる。
ＲＦコイルは被検体に高周波パルスを照射し、受信コイルは被検体からの磁気共鳴信号を受信する。
コンピュータシステムは、受信した信号を処理して画像を表す。

傾斜磁場コイルは、撮像空間内に傾斜磁場を発生させる一方で、撮像空間外にも撮像に不要な変動磁場（漏れ磁場）を発生させる。
漏れ磁場は、静磁場磁石等のＭＲＩ装置を構成する金属構造物に渦電流を発生させる。
渦電流は撮像空間内で変動磁場を生じるため、静磁場と傾斜磁場の分布に影響し、画質を低下させる要因となる。
また、オープン型のＭＲＩ装置においては、静磁場磁石に鉄製の磁極が使用されることが多い。漏れ磁場による変動磁場は、ヒステリシス特性を持つ鉄製磁極の磁化にも影響をあたえる。また、磁化の変化は静磁場と傾斜磁場の分布に影響し、画質を低下させる要因となる。

このため、近年のＭＲＩ装置では、自己遮蔽型、即ちアクティブシールドを備えた傾斜磁場コイルを用いて金属構造物への漏れ磁場を抑制する手法が用いられている。
アクティブシールドを備えた傾斜磁場コイルの課題は、シールドの厚み分だけ静磁場磁石を傾斜磁場コイル、及び撮像領域から遠ざけなくてはならない点である。そして、静磁場磁石の磁気エネルギーが増加し、ＭＲＩ装置が高額になる可能性がある。
また、このような傾斜磁場コイルは、インダクタンスが大きく、出力の大きな駆動電源を必要とするため、この点からもＭＲＩ装置が高額になる可能性がある。
以上の分野に関連して、中低磁場（０．５Ｔ未満）のオープン型ＭＲＩ装置では、特許文献１や特許文献２がある。

特許文献１の［要約］には、「［目的］ＭＲＩ用磁界発生装置の空隙内の磁界均一度を低下させることなく、渦電流の発生を低減して短時間で傾斜磁界が所定の強度に上昇し得る、また残磁現象を低減して高感度で鮮明な画像を得ることができる構成構成からなる磁極片の提供。［構成］無方向性けい素鋼板を用いて積層した複数個のブロック状磁極片用部材で形成した積層けい素鋼板層１１と、積層けい素鋼板１１の周辺部に周設された断面矩形の軟鉄製の磁性材リング１２と、ソフトフェライト粉を矩形板状に圧縮成形して構成した多数のブロック状磁極片用部材を接着剤で円板状に組み合せて積層けい素鋼板１１上面に敷設したソフトフェライト層１３とからなる磁極片１０により、空隙の磁界均一化が達成しやすく、傾斜磁場コイルにＧＣパルスが印加されても磁極に発生する渦電流は低減され、しかも残磁現象を低減させることができる。」と記載され、ＭＲＩ用磁界発生装置の技術が開示されている。また、磁束の通路となり且つ渦電流の発生を抑制できる磁性体磁極片（例えば、ソフトフェライトや珪素鋼板）を傾斜磁場コイルと金属構造物との間に設ける対策方法が開示されている

特許文献２の［要約］には、「［課題］傾斜磁場発生時に鉄製磁極において、漏れ磁場による渦電流磁場と磁化変化による変動磁場の発生を抑えると同時に、撮像空間を広くとることで、被検者の快適性を向上させつつ良好な画像を得る手段を備えたＭＲＩ装置を提供すること。［解決手段］磁性体磁極を有する静磁場磁石と傾斜磁場コイルを有するＭＲＩ装置において、撮像空間に対向する磁性体磁極は、略円盤状の鉄製磁極と略円環形状の鉄製磁極と略タイル形状の珪素鋼板の磁極片で構成され、前記円盤状の鉄製磁極の表面に前記タイル形状の珪素鋼板の磁極片が積層されており、前記円盤状の鉄製磁極は周回方向に分割され、絶縁物または空隙によって互いに絶縁されている。」と記載され、磁気共鳴イメージング装置の技術が開示されている。また、磁性体磁極を周方向に分割し、発生した渦電流を減衰させる手法が開示されている。

特開平０５－１８２８２１号公報 特開２０１６－９６８２９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された対策方法は、構造上、漏れ磁場を完全に遮蔽することが困難であり、静磁場磁石を構成する円盤形状の磁性体磁極で渦電流が発生する課題（問題）があった。
また、特許文献２に開示された磁性体磁極を周方向に分割し、発生した渦電流を減衰させる手法は、静磁場の均一性を確保しつつ磁性体磁極を分割するために、高い加工・組立精度が求められ、静磁場磁石の製造コストが増大する課題があった。また、磁性体磁石を分割すると、実効的な飽和磁化が低下するため、非分割の静磁場磁石と同等の静磁場強度を達成するには、より高い磁気エネルギーが求められて、ＭＲＩ装置が高額になるという課題（問題）があった。

本発明は、オープン型磁気共鳴イメージング装置のＭＲＩ画像（Magnetic Resonance Imaging）の画質を改善し、低コストのオープン型ＭＲＩ装置を提供することを課題（目的）とする。

前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明のオープン型磁気共鳴イメージング装置は、撮像空間を中心に対向して配置された一対の静磁場磁石と、前記撮像空間を中心に対向して配置される一対の傾斜磁場コイルと、を備え、前記静磁場磁石は、一対の前記静磁場磁石が向き合う方向であるＺ軸方向の静磁場を生成する円盤状磁性体磁極と、Ｚ軸方向に垂直なＸＹ平面の静磁場を生成する円環状磁性体磁極と、を備え、前記傾斜磁場コイルは、撮像空間においてＺ軸方向に傾斜した磁場を与えるＺコイルと、前記円盤状磁性体磁極に対し前記Ｚコイルから発生した磁束を遮蔽する磁性体ブロックと、前記円環状磁性体磁極に対し前記Ｚコイルから発生した磁束を遮蔽する補正コイルと、を備えることを特徴とする。

また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明のオープン型磁気共鳴イメージング装置によれば、静磁場磁石を構成する磁性体磁極を分割せずに、傾斜磁場コイルの漏れ磁場に起因する渦電流を抑制し、ＭＲＩ画像の画質を改善できる。
また、より低い磁気エネルギーで磁場強度を達成でき、かつ高い加工・組立精度を要求しないため、低コストのオープン型ＭＲＩ装置が提供できる。

本発明の本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置の断面の構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置の静磁場磁石の概略の構成例と、静磁場磁石の近傍に配置される傾斜磁場コイルとＲＦコイルの構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイルのＸ－Ｚ平面の断面をＹ方向から見た概略の構成例を示す図である。 図３Ａの傾斜磁場コイルの構成例を鳥瞰して示す図である。 本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイルにおけるＸコイルのＸＹ平面の断面をＺ方向から見た概略の構成例を示す図である。 図４ＡのＸコイルにパルス電流を流した際に生じる磁束の流れの例をＸＺ平面の断面をＹ方向から示した図である。 本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイルにおけるＺコイル、および補正コイルのＸＹ平面上の概略の構成例を示す図である。 図５Ａに示すＺコイル、および補正コイルにパルス電流を流した際に生じる磁束の流れの例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下においては「実施形態」と表記する）を、適宜、図面を参照して説明する。

≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置（オープン型ＭＲＩ装置）について、図を参照して説明する。

＜オープン型磁気共鳴イメージング装置の断面の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置（以下、適宜、「オープン型ＭＲＩ装置」と称す）の断面の構成例を示す図である。
図１において、オープン型ＭＲＩ装置１００は、上下一対に静磁場磁石１０１、上下一対の静磁場磁石１０１を支えて保持する支持部１０６、可動式ベッド１０５を備えて構成される。
また、オープン型ＭＲＩ装置１００における被検者（被験者、被検体）１０４は、可動式ベッド１０５の上に乗り、可動式ベッド１０５が移動することによって、上下一対の静磁場磁石１０１の間に、配置される。

オープン型ＭＲＩ装置１００は、上下一対の静磁場磁石１０１を駆動して、上下一対の静磁場磁石１０１の間にある略球形の撮像空間（撮像領域）１０２に対し、Ｚ軸１０３ｚの方向に静磁場を発生する。
なお、Ｚ軸１０３ｚは、撮像空間１０２の中心を原点として通過する。原点にてＺ軸１０３ｚと垂直に交わる２つの軸を、それぞれＸ軸１０３ｘ、Ｙ軸１０３ｙとする。
また、撮像空間１０２は、上下（Ｚ軸方向）に静磁場磁石１０１があるが、水平方向（Ｙ軸方向）には開放されている。

被検者１０４は、前記したように、可動式ベッド１０５によって撮像空間１０２に運ばれる。そして、オープン型ＭＲＩ装置１００が、被検者１０４のＭＲＩ画像を取得する。
オープン型ＭＲＩ装置１００の撮像空間１０２は、周囲を構造物で囲われていないため、水平磁場型ＭＲＩと比較して、被検者１０４が解放感を得られる。
また、可動式ベッド１０５を移動させることによって、常に撮像空間１０２の中心で患部を撮像ができる。また、ＭＲＩ画像の撮像中に、オープン型ＭＲＩ装置１００の外部から、オープン型ＭＲＩ装置の操作者などが被検者１０４の撮像を補助できる、といった特徴を持つ。

＜静磁場磁石、傾斜磁場コイル、ＲＦコイルの概略の構成＞
図２は、本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置の静磁場磁石１０１の概略の構成例と、静磁場磁石１０１の近傍に配置される傾斜磁場コイル２０５とＲＦコイル２０６の構成例を示す図である。
図２において、静磁場磁石１０１と傾斜磁場コイル２０５とＲＦコイル２０６が図示されている。
また、Ｘ軸１０３ｘ、Ｙ軸１０３ｙ、Ｚ軸１０３ｚ、および撮像空間１０２が表記されている。

ただし、簡単化のために、上下一対の静磁場磁石１０１の上側（Ｚ軸の正側）、かつ右側（Ｘ軸の正側）のみについて表記している。
破線で示された領域の内部の構成が、静磁場磁石１０１を示している。なお、傾斜磁場コイル２０５とＲＦコイル２０６については、後記する。
なお、この他、図示していないが、オープン型ＭＲＩ装置（１００）には、傾斜磁場コイル２０５やＲＦコイル２０６を駆動するための電源装置や、電源を制御したり、ＲＦコイル２０６（信号の受信コイルを兼ねる）により得られた信号を画像化したりするコンピュータシステムが含まれる。

《静磁場磁石》
静磁場磁石１０１は、被検者（１０４：図１）が挿入される撮像空間１０２に均一な静磁場を生成する。
図２に示すように、静磁場磁石１０１は、円盤状磁性体磁極２０１、円環状磁性体磁極２０２、シールドコイル２０３、主コイル２０４を備えて構成される。また、図示していないリターンヨーク（電磁鋼板で構成され磁力線が外部に漏れることを防止する役目）を備えている。
静磁場磁石１０１は、Ｚ軸１０３ｚを中心とした略軸対称の構造である。

円盤状磁性体磁極２０１は、鉄などの磁性体で構成され、Ｚ軸１０３ｚを中心に円盤状で構成されている。ただし、所望の磁場を形成するために、Ｘ軸方向に沿ってＺ軸方向に、所定の凹凸形状を有している。
円環状磁性体磁極２０２は、鉄などの磁性体で構成され、Ｚ軸１０３ｚを中心に円環状で構成されている。
なお、円盤状磁性体磁極２０１は円盤状に構成され、円環状磁性体磁極２０２は円環状に構成されていて、共に磁性体にスリットがなく非分割である。そのため、分割する場合に比較して、製造が容易であり、製造コストが安くなる。
また、磁性体が非分割であるため、分割する場合に比較して、磁気エネルギー効率がよい。

また、図２において、円盤状磁性体磁極２０１と円環状磁性体磁極２０２が磁気回路を形成している。
主コイル２０４は、Ｚ軸を中心として略円環形状のコイルで構成されている。
上下一対の主コイル２０４に、それぞれ電流を流すことによって、前記の磁気回路を介して、上下一対の静磁場磁石１０１としての静磁場が、撮像空間１０２を含んで、形成される。

前記の磁気回路によって形成される磁場が漏れて、オープン型ＭＲＩ装置（１００：図１）の外側に発生することがある。そのオープン型ＭＲＩ装置１００の外側の磁場を低減するために、撮像空間と逆向きの磁場を発生させる略円環形状のシールドコイル２０３を備えている。
シールドコイル２０３によって、前記の磁気回路が撮像空間に形成する磁場と逆向きの磁場を発生させ、オープン型ＭＲＩ装置１００の外側の磁場を低減する。
また、前記したように、図示していないリターンヨークもオープン型ＭＲＩ装置１００の外側の磁場を低減する役目をする。

静磁場は、前記したように、電導材（例えば超電導材）を用いた略円環形状の主コイル２０４によって発生させる。
なお、前記の主コイル２０４やシールドコイル２０３に超電導コイルを使用する場合には、主コイル２０４やシールドコイル２０３に用いるコイルは、外側から真空容器、輻射シールド、液体ヘリウム容器等の断熱構造を有する容器（不図示）内に収められ、液体ヘリウムおよび冷凍機（不図示）などによって極低温に維持される。

図２において、静磁場磁石１０１の撮像空間１０２側には、撮像空間１０２の中心からの距離に比例した強度で、静磁場の方向であるＺ軸１０３ｚと同一方向の傾斜磁場をパルス状に発生する傾斜磁場コイル２０５が設置されている。
傾斜磁場コイル２０５のさらに撮像空間１０２側には、高周波の電磁パルス（ＲＦパルス）を発生する略円盤形状のＲＦコイル２０６が設置されている。
次に傾斜磁場コイル２０５、およびＲＦコイル２０６について説明する。ただし、本発明の特徴は、主として、静磁場磁石１０１と傾斜磁場コイル２０５にあるので、ＲＦコイル２０６の概略を先に説明し、その後で、傾斜磁場コイル２０５の構成について詳しく説明する。

《ＲＦコイル》
図２に示したＲＦコイル２０６は、ＲＦコイル２０６に高周波の交流電流（ＲＦ：Radio Frequency）をパルス状に流すことによって、静磁場磁石１０１が形成する静磁場に垂直な方向に、電磁波（振動磁場）を照射する。
この電磁波の照射によって、静磁場に垂直な方向に、ＲＦ磁場（ＲＦパルス）が加えられる。印加するＲＦパルスは、振動磁場であるが、この振動磁場の成分からＺ軸まわりに回転するＲＦ磁場が生成される。
この回転するＲＦ磁場が被検者１０４を形成する種々の原子核のスピンと反応、共鳴して、巨視的な核スピンの総体としての状態が、信号として検出される。

ＲＦコイル２０６は、静磁場に垂直な方向に、ＲＦ磁場（ＲＦパルス、振動磁場）を印加する役目とともに、被検者（被検体）１０４を形成する種々の原子核のスピンと反応、共鳴した状態の信号を受信する受信コイルの役目も兼ねることがある。あるいは、図２には、図示していない受信コイルを設ける。
なお、受信コイルが受信した被検者１０４からの磁気共鳴に関連する信号は、図示していないコンピュータに送られる。コンピュータシステムは、受信した信号を処理して画像（ＭＲＩ画像）として表す。

《傾斜磁場コイル》
傾斜磁場コイル２０５は、撮像データに位置情報を付与するため、空間的に強度が勾配した磁場をパルス状に発生させる機能を有している。
図３Ａは、本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置（オープン型ＭＲＩ装置）の傾斜磁場コイルのＸ－Ｚ平面の断面をＹ方向から見た概略の構成例を示す図である。
図３Ｂは、図３Ａの傾斜磁場コイル２０５の構成例を鳥瞰して示す図である。

図３Ａにおいて、傾斜磁場コイル２０５は、傾斜磁場発生用コイル３０１と磁性体ブロック３０２と補正コイル３０３とを備えて構成される。
また、図３Ａにおいて、Ｘ軸１０３ｘ、Ｙ軸１０３ｙ、Ｚ軸１０３ｚ、および撮像空間１０２が表記されている。
傾斜磁場コイル２０５は、Ｚ軸１０３ｚを中心とした略軸対称の構造である。

［傾斜磁場発生用コイル３０１］
図３Ａにおいて、傾斜磁場コイル２０５は、上下方向に３組の傾斜磁場発生用コイル３０１（Ｘコイル３０１ｘ、Ｙコイル３０１ｙ、Ｚコイル３０１ｚ）を備えて構成されている。
３組の傾斜磁場発生用コイル３０１（Ｘコイル３０１ｘ、Ｙコイル３０１ｙ、Ｚコイル３０１ｚ）によって、撮像空間１０２に対し直交する三方向（Ｘ軸１０３ｘの方向、Ｙ軸１０３ｙの方向、Ｚ軸１０３ｚの方向）へ独立に傾斜磁場を発生させる。

前記したように、傾斜磁場コイル２０５は、撮像データに位置情報を付与するため、空間的に強度が勾配した磁場をパルス状に発生させる。
ただし、傾斜磁場コイル２０５は、撮像空間内に傾斜磁場を発生させる一方で、撮像空間外にも撮像に不要な変動磁場（漏れ磁場）を発生させる。
漏れ磁場は、静磁場磁石等のオープン型ＭＲＩ装置１００を構成する金属構造物に渦電流を発生させる。
渦電流は、撮像空間内で変動磁場を生じるため、静磁場と傾斜磁場の分布に影響し、ＭＲＩ画像の画質を低下させる要因となる。
また、Ｘコイル３０１ｘ（およびＹコイル３０１ｙ）の詳細については、図４Ａ、図４Ｂを参照して後記する。
また、Ｚコイル３０１ｚの詳細については、図５Ａ、図５Ｂを参照して後記する。

［磁性体ブロック３０２］
図３Ａにおいて、磁性体ブロック３０２は、傾斜磁場発生用コイル３０１の静磁場磁石１０１側に設けられている。
磁性体ブロック３０２は、磁気抵抗の低い磁性体である複数のシート状磁性体３０２ａ（図３Ｂ）を備えて構成されている。
図３Ｂに示すように、複数のシート状磁性体３０２ａが、Ｚ軸１０３ｚ方向に積層されている。また、複数のシート状磁性体３０２ａは、Ｘ軸１０３ｘ方向、およびＹ軸１０３ｙ方向に、磁気抵抗の低い磁性体がタイル状に並べられて構成されている。

以上の構成によって、磁性体ブロック３０２は、傾斜磁場発生用コイル３０１が静磁場磁石１０１側に生成する漏れ磁場を、シールドする役割をする。
なお、シート状磁性体３０２ａの材質は、オープン型ＭＲＩ装置１００の要求性能に応じて任意であるが、透磁率と電気抵抗が大きい珪素鋼板が望ましい。
なお、透磁率が大きいことは、磁気抵抗が低いことに対応する。
また、電気抵抗が大きいことと、シート状磁性体３０２ａがタイル状に並べられることは、磁性体ブロック３０２における渦電流の発生を抑制する効果がある。

また、磁性体ブロック３０２の厚さは、オープン型ＭＲＩ装置１００の要求性能に応じて任意であるが、珪素鋼板を用いており、円盤状磁性体磁極２０１に到達する磁束の遮蔽を考慮する場合には、少なくとも２０ｍｍ以上の厚さがある事が望ましい。
磁性体ブロック３０２の厚さを２０ｍｍ以上とすることで、磁性体ブロック３０２、および傾斜磁場コイル２０５としての低インダクタンス化を図る。
なお、傾斜磁場コイル２０５が低インダクタンス化すると電源の負担が低減し、電源コストの低下にもつながる。
また、磁性体ブロック３０２を設けないと、後記する図４Ｂ、図５Ｂに示すように、傾斜磁場発生用コイル３０１（Ｚコイル３０１Ｚ）から発生する磁束（磁場）が円盤状磁性体磁極２０１に到達する。それを防止するために傾斜磁場発生用コイル３０１と円盤状磁性体磁極２０１の間隔を離す必要が生ずる。この離す間隔と、磁性体ブロック３０２を設けることによるＺ軸方向のスペースとを比較すると、磁性体ブロック３０２を設けた方が、静磁場磁石１０１としての厚みを抑制することに大きく貢献する。

［補正コイル３０３］
図３Ａにおいて、補正コイル３０３は、Ｚコイル３０１ｚの外周、かつ同じ高さの位置に円環状に配置されている。
このように配置された補正コイル３０３は、Ｚコイル３０１ｚから発生して磁性体ブロック３０２を伝わって流れる磁束を、Ｚ軸１０３ｚと逆向きに導く機能を有する。すなわち、補正コイル３０３は、Ｚコイル３０１ｚから発生して磁性体ブロック３０２を伝わって流れる磁束をキャンセルする。
補正コイル３０３の設置位置は、オープン型ＭＲＩ装置１００の要求性能等に応じて任意であるが、円環状磁性体磁極２０２に到達する磁束の遮蔽を考慮する場合には、前記したように、Ｚコイル３０１ｚの外側で、かつ同じ高さに設置するのが望ましい。

［Ｘコイル３０１ｘ］
前記した３組の傾斜磁場発生用コイル３０１のＸコイル３０１ｘについて、図４Ａと図４Ｂを参照して、詳しく説明する。なお、図３ＡではＸコイル３０１ｘをＸＺ平面の断面をＹ方向から見た構成を説明したが、次に、図４Ａでは、Ｘコイル３０１ｘをＸＹ平面の断面をＺ方向から見た構成について説明する。
図４Ａは、本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置（オープン型ＭＲＩ装置）１００の傾斜磁場コイル２０５におけるＸコイル３０１ｘのＸＹ平面の断面をＺ方向から見たＸＹ平面上のＸコイル４０１の概略の構成例を示す図である。
図４Ｂは、Ｘコイル３０１ｘにパルス電流を流した際に生じるＸコイル３０１ｘが発生する磁束４０２の流れの例をＸＺ平面の断面をＹ方向から示した図である。
図４Ａ、および図４Ｂにおいて、Ｘコイル３０１ｘは、撮像空間１０２（図４Ｂ）でＸ方向に対して静磁場の方向であるＺ軸１０３ｚと同一方向の傾斜磁場を生成する。

図４Ａにおいて、Ｘコイル３０１ｘは、Ｘコイル３０１ｘａとＸコイル３０１ｘｂを備えて構成されている。
Ｘコイル３０１ｘａは、Ｚ軸１０３Ｚの紙面視における左側に位置している。Ｘコイル３０１ｘａのコイルは渦状に巻かれて形成されている。Ｘコイル３０１ｘａにおいては、電流の流れる向きである電流方向１４０１ａで示されるように、紙面視における時計回りの方向に流れる。
Ｘコイル３０１ｘｂは、Ｚ軸１０３Ｚの紙面視における右側に位置している。Ｘコイル３０１ｘｂのコイルは渦状に巻かれて形成されている。Ｘコイル３０１ｘｂにおいては、電流の流れる向きである電流方向１４０１ｂで示されるように、紙面視における反時計回りの方向に流れる。
そのため、図４Ｂで後記するように、Ｘコイル３０１ｘａとＸコイル３０１ｘｂとでは、発生する磁界（磁束）の方向が逆である。

図４Ｂにおいて、円盤状磁性体磁極２０１と磁性体ブロック３０２とＸコイル３０１ｘが、ＸＹ平面の断面をＺ方向から見たＸＹ平面上のＸコイル４０１の構成として示されている。
なお、図４Ｂにおいては、傾斜磁場発生用コイル３０１のＸコイル３０１ｘが示されているが、Ｙコイル３０１ｙとＺコイル３０１ｚについては表記されていない。

図４Ａで示したＸコイル３０１ｘの右側のＸコイル３０１ｘｂは、主として、図４Ｂにおける磁束１４３０ｂの方向に磁束を生成する。
図４Ａで示したＸコイル３０１ｘの左側のＸコイル３０１ｘａは、主として、図４Ｂにおける磁束１４３０ａの方向に磁束を生成する。
図４Ａを参照して前記したように、右側のＸコイル３０１ｘｂと左側のＸコイル３０１ｘａとは、電流の向きが逆であるので、図４Ｂにおいて、磁束１４３０ｂと磁束１４３０ａの磁束の方向は逆である。

そのため、図４Ｂにおいて、右側のＸコイル３０１ｘｂの磁束１４３０ｂは、紙面視で上の方向（Ｚ軸の正方向）に向かう。また、左側のＸコイル３０１ｘａの磁束１４３０ａは、紙面視で下の方向（Ｚ軸の負方向）に向かう。
磁性体ブロック３０２は、図３Ｂにおいて説明したように、透磁率と電気抵抗が高い、すなわち磁気抵抗が低い。
そのため、右側のＸコイル３０１ｘｂで発生する紙面視で上の方向（Ｚ軸の正方向）に向かった磁束１４３０ｂは、磁気抵抗の低い磁性体ブロック３０２の中を磁束１４３０として通過し、紙面視で左の方向に向かう（磁束１４３０）。
そして、左側のＸコイル３０１ｘａで発生する磁束１４３０ａとなって、紙面視で下の方向（Ｚ軸の負方向）に向かう。
このようにして磁束（１４３０ｂ，１４３０，１４３０ａ）の流れが形成される。

なお、図４Ｂにおいて、シールド状の磁性体である磁気抵抗の低い磁性体ブロック３０２がない場合には、磁束１４３０の代りに、磁性体ブロック３０２を突き抜けて、磁束１４２０となって、円盤状磁性体磁極２０１に到達する。このような漏れ磁場は、円盤状磁性体磁極２０１において、渦電流が発生する要因となる。

以上、図４Ａ、図４Ｂで示した構造によって、静磁場磁石１０１（図２）の容器や、円盤状磁性体磁極２０１（図２、図４Ｂ）に、Ｘコイル３０１ｘの磁束が到達し、渦電流が発生することが抑えられる。すなわち、傾斜磁場コイル（Ｘコイル３０１ｘ）の漏れ磁場に起因する渦電流を抑制する。

［Ｙコイル３０１ｙ］
図３Ａに戻り、前記した３組の傾斜磁場発生用コイル３０１のＹコイル３０１ｙについて説明する。
Ｙコイル３０１ｙの磁束の流れは、前記したＸコイル３０１ｘの磁束の流れと、Ｙ軸とＸ軸に関して対称であるため、事実上、重複する説明を省略する。
ただし、Ｘコイル３０１ｘがＸ軸方向への傾斜磁場を発生させるのに対し、Ｙコイル３０１ｙは、Ｙ軸方向への傾斜磁場を発生させる。
また、磁性体ブロック３０２は、図３Ａ、図３Ｂに示したように円盤状の形状であるので、Ｙコイル３０１ｙに対してもＸコイル３０１ｘに対した同様の作用をする。

［Ｚコイル３０１ｚ］
図３Ａで示した３組の傾斜磁場発生用コイル３０１のＺコイル３０１ｚの詳しい構成を、図５Ａ、図５Ｂを参照して詳しく説明する。
図５Ａは、本発明の第１実施形態に係るオープン型磁気共鳴イメージング装置（オープン型ＭＲＩ装置）１００の傾斜磁場コイル２０５におけるＺコイル３０１ｚのＸＹ平面上のＺコイル５０１、および補正コイル３０３の概略の構成例とそれぞれに流れる電流の向きを示す図である。
図５Ｂは、図５Ａに示すＺコイル３０１ｚ、および補正コイル３０３にパルス電流を流した際に生じるＺコイル３０１ｚが発生する磁束５０２の流れの例を示す図である。
Ｚコイル３０１ｚは、撮像空間１０２側でＺ方向に対して静磁場の方向（Ｚ軸１０３ｚの方向）と同一方向の傾斜磁場を生成する。

図５Ａにおいて、円環状に複数回、巻いて構成されるＺコイル３０１ｚに流れる電流の電流方向１５０１と、円環状に複数回、巻いて構成される補正コイル３０３に流れる電流の電流方向１５０３は、逆の方向である。
図５ＡのＺコイル３０１ｚを、Ｚ軸中心に、電流を電流方向１５０１の方向に流すと、図５Ｂに示すように、Ｚ軸の中心近傍から磁束（１５３０ｂ，１５３１ｂ）がＺ軸の紙面視で上の方向に発生する。
同方向に進む磁束１５３０ｂと磁束１５３１ｂは、いわば反発しあう関係にあるので、磁気抵抗の低い磁性体ブロック３０２に磁束（１５３０ｂ，１５３１ｂ）が到達すると、磁気抵抗の低い磁性体ブロック３０２の中を、それぞれ径方向に別々に進んでいく。
つまり、ＸＺ平面を示す図５Ｂにおいては、磁性体ブロック３０２の紙面視の右方向に磁束１５３０が向かい、また、磁性体ブロック３０２の紙面視の左方向に磁束１５３１が向かうように表記している。

磁束が磁性体ブロック３０２の端（外周、右端および左端）に到達すると、それぞれの端の近傍に補正コイル３０３がそれぞれ設けられている。
図５Ａに示したように、Ｚコイル３０１Ｚに流れる電流の電流方向１５０１と補正コイル３０３に流れる電流の電流方向１５０３とは、逆方向である。
そのため、Ｚコイル３０１Ｚの磁束（１５３０，１５３１）は、補正コイル３０３の作用によって、それぞれ押し曲げられる。
つまり、磁束１５３０は、Ｚコイル３０１Ｚの右端（補正コイル３０３の近傍）で、磁束１５３０ａとして、紙面視の下方向に向かう。
また、磁束１５３１は、Ｚコイル３０１Ｚの左端（補正コイル３０３の近傍）で、磁束１５３１ａとして、紙面視の下方向に向かう。
以上によって、静磁場磁石１０１の容器、円盤状磁性体磁極２０１、円環状磁性体磁極２０２に磁束が到達することが防止される。そのため、静磁場磁石１０１の容器、円盤状磁性体磁極２０１、円環状磁性体磁極２０２において、渦電流が発生することが抑えられる。

なお、磁性体ブロック３０２を設けない場合には、図５Ｂにおける磁束１５３０と磁束１５３１は、それぞれ磁束１５２０と磁束１５２１に示すように、円盤状磁性体磁極２０１に到達し、円盤状磁性体磁極２０１で渦電流が発生する要因となる。
また、補正コイル３０３を設けない場合には、磁束１５３０ａと磁束１５３１ａは、それぞれ磁束１５２２と磁束１５２３に示すように、円環状磁性体磁極２０２の方にまで到達し、円環状磁性体磁極２０２で渦電流が発生する要因となる。
すなわち、Ｚコイル３０１Ｚが生成する磁束が所望の特性が得られない要因となる。

このように、磁束１５３０および磁束１５３１を磁性体ブロック３０２の内部に留め、円盤状磁性体磁極２０１に到達させないことによって、円盤状磁性体磁極２０１において、渦電流が生じることを防止し、ＭＲＩ画像の劣化を低減する。
また、磁束１５３０ａおよび磁束１５３１ａを補正コイル３０３の作用によって、円環状磁性体磁極２０２に到達させないことによって、円環状磁性体磁極２０２において渦電流が生じることを防止し、ＭＲＩ画像の劣化を低減する。

＜第１実施形態の総括＞
本構成のオープン型磁気共鳴イメージング装置（オープン型ＭＲＩ装置）によれば、静磁場磁石を構成する磁性体磁極を分割せずに傾斜磁場コイルの漏れ磁場に起因する渦電流を抑制し、ＭＲＩ画像の画質を改善できる。
また、静磁場磁石を構成する磁性体磁極が非分割であるので、分割した場合に比較して、より低い磁気エネルギーで所定の磁場強度を達成できる。
また、静磁場磁石を構成する磁性体磁極が非分割であるので、高い加工・組立精度が要求されず、低コストのオープン型磁気共鳴イメージング装置が実現する。

＜第１実施形態の効果＞
本発明の第１実施形態のオープン型磁気共鳴イメージング装置（オープン型ＭＲＩ装置）によれば、静磁場磁石を構成する磁性体磁極を分割せずに、傾斜磁場コイルの漏れ磁場に起因する渦電流を抑制し、ＭＲＩ画像の画質を改善できる。
また、静磁場磁石を構成する磁性体磁極が非分割であるので、分割した場合に比較して、より低い磁気エネルギーで所定の磁場強度を達成できる。すなわち、傾斜磁場コイルを含めて駆動電源の出力容量を低減できる。
また、静磁場磁石を構成する磁性体磁極が非分割であるので、高い加工・組立精度が要求されず、低コストのオープン型磁気共鳴イメージング装置が実現する。
また、オープン型ＭＲＩ装置１００の撮像空間１０２は、周囲を構造物で囲われていないため、水平磁場型ＭＲＩと比較して、被検者１０４が解放感を得られる。
また、可動式ベッド１０５を移動させることによって、常に撮像空間１０２の中心で被検者１０４の患部を撮像ができる。
また、ＭＲＩ画像の撮像中に、オープン型ＭＲＩ装置１００の外部から、オープン型ＭＲＩ装置１００の操作者などが被検者１０４の撮像を補助できるという特徴がある。

≪その他の実施形態≫
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を追加・削除・置換をすることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。

《シールドコイル》
図２おいて、静磁場磁石１０１におけるシールドコイル２０３が、円盤状磁性体磁極２０１の外径側にある場合を説明した。
しかし、シールドコイル２０３の配置は、円盤状磁性体磁極２０１の外径側に限定されない。例えば、円盤状磁性体磁極２０１の径の内側であって、円盤状磁性体磁極２０１の上側に位置するところに配置してもよい。あるいは、複数個所に備えてもよい。
シールドコイル２０３によって、円盤状磁性体磁極２０１と円環状磁性体磁極２０２の磁気回路が生成するオープン型ＭＲＩ装置１００の外側の漏れ磁場を低減する作用をするように、シールドコイル２０３の構成と配置を選択すればよい。

《静磁場の発生》
図２おいて、静磁場は、電導材（例えば超電導材）を用いた略円環形状の主コイル２０４を用いて発生させると説明した。しかし、静磁場の発生は、円環形状の主コイル２０４を用いる方法に限定されない。
例えば、磁化された永久磁石（図示せず）によって、円環形状の主コイル２０４の発生する磁場に相当する磁場を形成してもよい。

《磁性体ブロック》
図３Ｂにおいて、磁性体ブロック３０２を構成する複数のシート状磁性体３０２ａを四角形のタイル状で示した。しかし、シート状磁性体３０２ａのタイルの形状は、四角形に限定されない。例えば六角形の形状で構成してもよい。
また、シート状磁性体３０２ａを一層ごとに積み上げる際に、上下のタイルが全く同型に重ねる方法に限定されない。上下のタイルの位置がずれている状態で配置してもよい。
また、シート状磁性体３０２ａのタイルの形状が、磁性体ブロック３０２の中央部における形状と、端部（円周部）における形状で異なってもよい。

《オープン型以外のＭＲＩ装置》
図１、図２を参照して、第１実施形態の静磁場磁石と傾斜磁場コイルを備えた構成は、オープン型磁気共鳴イメージング装置（オープン型ＭＲＩ装置）に適した構成であるとして説明した。しかし、図１に示した静磁場磁石と傾斜磁場コイルを備えた構成は、オープン型でなくとも適用できる。
すなわち、傾斜磁場コイルの漏れ磁場に起因する渦電流を抑制し、ＭＲＩ画像の画質を改善し、低コストのＭＲＩ装置となる前記の構成は、オープン型のみならず、オープン型以外のＭＲＩ装置にも応用できる。

１００ オープン型磁気共鳴イメージング装置、オープン型ＭＲＩ装置
１０１ 静磁場磁石
１０２ 撮像空間
１０４ 被検者
１０５ 可動式ベッド
１０６ 支持部
２０１ 円盤状磁性体磁極
２０２ 円環状磁性体磁極
２０３ シールドコイル
２０４ 主コイル
２０５ 傾斜磁場コイル
２０６ ＲＦコイル
３０１ 傾斜磁場発生用コイル
３０１ｘ Ｘコイル
３０１ｙ Ｙコイル
３０１ｚ Ｚコイル
３０１ｘａ Ｘコイルの左側部
３０１ｘｂ Ｘコイルの右側部
３０２ 磁性体ブロック
３０２ａ シート状磁性体
３０３ 補正コイル
４０１ ＸＹ平面上のＸコイル
４０２ Ｘコイルが発生する磁束
５０１ ＸＹ平面上のＺコイル
５０２ Ｚコイルが発生する磁束

Claims (12)

1. 撮像空間を中心に対向して配置された一対の静磁場磁石と、
   前記撮像空間を中心に対向して配置される一対の傾斜磁場コイルと、
   を備え、
   前記静磁場磁石は、
   一対の前記静磁場磁石が向き合う方向であるＺ軸を中心に配置された円環状の主コイルと、
   前記Ｚ軸を中心に配置された円盤状磁性体磁極と、
   前記Ｚ軸を中心に配置された円環状磁性体磁極と、
   を備え、
   前記傾斜磁場コイルは、前記円盤状磁性体磁極よりも撮像空間側に配置され、
   前記傾斜磁場コイルは、
   前記Ｚ軸を中心に円環状に巻かれ、前記撮像空間にＺ軸方向に傾斜した磁場を与えるＺコイルと、
   前記Ｚ軸を中心に前記Ｚコイルの外側に円環状に巻かれた補正コイルと、
   前記Ｚコイルの前記円盤状磁性体磁極側に配置された磁性体ブロックと、
   を備え、
   前記磁性体ブロックは、円盤状の磁性体であり、
   前記磁性体ブロックは、前記Ｚコイルおよび前記補正コイルの、前記円盤状磁性体磁極側の面を覆い、外周の位置が前記補正コイルの外周の位置と略一致している
   ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１において、
   前記主コイルは、前記円盤状磁性体磁極および前記円環状磁性体磁極よりも外側に配置され、
   前記静磁場磁石は、前記オープン型磁気共鳴イメージング装置の外側への漏れ磁場を低減するシールドコイルをさらに備える、
   ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項１において、
   前記傾斜磁場コイルは、
   撮像領域においてＸ軸方向に傾斜した磁場を与えるＸコイルと、
   撮像領域においてＹ軸方向に傾斜した磁場を与えるＹコイルと、を備える、ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１において、
   前記撮像空間の静磁場に高周波の電磁パルスを印加するＲＦコイルをさらに備える、
   ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項１において、
   前記オープン型磁気共鳴イメージング装置の前記撮像空間に被検者を搬送する可動式ベッドを備える、
   ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項１から請求項３のいずれか一項において、
   前記補正コイルは、前記Ｚコイルの径方向の外側に配置され、
   前記補正コイルは、Ｚ軸方向に対して前記Ｚコイルと同じ高さに配置される、
   ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
7. 請求項１において、
   前記磁性体ブロックは、シート状磁性体をＺ軸方向に積層され、Ｘ軸およびＹ軸方向にタイル状に並べて構成される、
   ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
8. 請求項７において、
   前記磁性体ブロックを構成する前記シート状磁性体は、珪素鋼板である、
   ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
9. 請求項７において、
   前記磁性体ブロックは、厚さ２０ｍｍ以上で構成される、
   ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
10. 請求項２において、
    前記シールドコイルは、前記主コイルの径の外側に配置され、撮像空間と逆向きの磁場を発生させる、
    ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
11. 請求項３において、
    前記Ｘコイルは、Ｚ軸を挟んでＸ方向に並べて配置された二つのコイルで構成され、
    前記Ｙコイルは、Ｚ軸を挟んでＹ方向に並べて配置された二つのコイルで構成される、
    ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。
12. 請求項４において、
    前記ＲＦコイルの印加する高周波の電磁パルスによって生じる被検者からの磁気共鳴信号を受信する受信コイルを備える、
    ことを特徴とするオープン型磁気共鳴イメージング装置。

Images